实验：传感器的应用

第3节实验：传感器的应用光控开关1．实验目的了解光控开关电路及控制原理，练习组装光控开关．教材要点解读对应学生用书P572．实验器材斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6V,0.3A)、可变电阻R1(最大阻值51kΩ)、电阻R2(330Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、黑纸．3．实验原理(1)电路如图所示．(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25V)，而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8V)的时候，Y会从低电平跳到高电平(3.4V)．(3)光控开关的原理：白天，光照强度较大，光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端A的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6V，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯)，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的．元贝驾考驾考宝典2016科目一科目四4．实验步骤(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上．(2)检查各元件的连接，确保无误．(3)接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮．(4)用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态．(5)逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态．5．实验注意事项(1)安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．(2)二极管连入电路时，极性不能反接，否则继电器不能正常工作．(3)要想天暗时路灯不会亮，应该把R1的阻值调大些．6．装置的调整要想在天更暗时路灯才会点亮，应该把R1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值(如1.6V)，就需要RG的阻值达到更大，即天色更暗．R1和RG为分压电阻，其两端电压与其电阻成正比，所以斯密特触发器A端的电压高低与两个电阻都有关系．温度报警器1．实验目的了解温度报警器及控制原理，练习组装温度报警器．2．实验器材斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、烧杯(盛有热水)．3．实验原理(1)电路如图所示．(2)工作原理：常温下，调节R1的阻值使斯密特触发器输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A的电压开高，当达到某一值(高电平)时，其输出端Y由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声．R1的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度．4．实验步骤(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上．(2)检查各元件的连接，确保无误．(3)接通电源，调节电阻R1，使蜂鸣器常温下不发声．(4)用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声．(5)将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声．5．实验注意事项(1)安装前对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．(2)要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小R1的阻值，R1的阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻要越小，即温度越高.光控开关如图所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理．解题方法指导对应学生用书P58【解析】天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通．天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启．天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭．【答案】见解析【方法总结】(1)斯密特触发器是具有特殊性能的非门，即输入端为高电平时，输出端为低电平；当输入端为低电平时，输出端为高电平．(2)导体中形成电流时，电流由高电势端流向低电势端．(3)二极管具有单向导电性，三极管具有放大电流的作用．如图所示的光控电路用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻．“”是具有特殊功能的非门，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平，而当输入端A的电压下降到另一个值时，Y会从低电平跳到高电平．在天暗时路灯(发光二极管)会被点亮，下列说法中正确的是()A．天暗时，Y处于高电平B．天暗时，Y处于低电平C．当R1调大时，A端的电压降低，灯(发光二极管)点亮D．当R1调大时，A端的电压降低，灯(发光二极管)熄灭解析：天暗时，RG电阻值大，A端为高电平，所以输出端Y为低电平，发光二极管导通，B选项正确．将R1调大时，A端电势降低，当降到某一值时，输出端变为高电平，灯(发光二极管)熄灭，D选项正确．答案：BD应用热敏电阻设计火警报警器火警报警器：如图是一个火警报警装置的逻辑电路图．RT是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻．(1)要做到低温时电铃不响，火灾时产生高温，电铃响起，在图中虚线处应接入怎样的元件？(2)为什么温度高时电铃会被接通？(3)为了提高该电路的灵敏度，即报警温度调得稍低些，R的值应大一些还是小一些？【分析】【解析】(1)温度较低时RT的阻值很大，R比RT小得多，因此P、X之间电压较大．要求此时电铃不发声，表明输出给电铃的电压应该较小，输入与输出相反，可见虚线处元件应是“非”门．(2)当高温时RT阻值减小，P、X之间电压降低，输入低电平时，从“非”门输出是高电平，电铃响起．(3)由前面分析可知，若R较大，由于它的分压作用，RT两端的电压不太高，即外界温度不太高时，就能使P、X之间电压降到低电压，输入低电平，电铃就能发声．因此R越大，电路灵敏度越高．【答案】见解析【方法总结】把热敏电阻与斯密特触发器连成电路可制成温度报警器．传感器通过敏感元件来感受被测量，输出量与被测量成确定关系；再通过转换元件把敏感元件的输出转换成电学量信号，最后借助于转换电路把电学量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的量，输送给控制电路，完成电路的自动控制．如图所示的图中1是弹簧，2是衔铁，3是触点，4是电磁铁，5是热敏电阻，6是滑动变阻器，7是电铃，它们组成一种温度自动报警电路，试说明这种简单温度自动报警电路的工作原理．解析：当热敏电阻温度升高到一定值时，电磁铁电路中的电流增大，电磁铁吸引衔铁使电铃电路闭合，电铃响并报警；当温度下降后，电阻增大，电流减小，电磁铁磁性减弱，衔铁被弹簧拉起，电铃电路断开，电铃不发声．答案：见解析自动控制装置的分析及设计现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干．如图所示，试设计一个温控电路．要求温度低于某一值时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程．【分析】热敏电阻R1与滑动变阻器及电磁继电器构成控制电路．【解析】电路图如图所示．工作过程：闭合S，当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能吸合衔铁，K接通电炉丝加热．当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到某值，K断开，电炉丝断电，停止供热．当温度低于设计值，又重复前述过程．【答案】见解析【方法总结】解决与传感器有关的电路设计问题的策略处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：(1)传感器所在的信息采集部分．(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)．(3)执行电路部分，即利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作.默读联想记忆对应学生用书P59两个实验：光控开关、温度报警器实验目的：了解电路原理，练习组装实验器材：斯密特触发器，电路实验板等实验原理：斯密特触发器、发光二极管、光控开关电路及温度报警电路的工作原理实验步骤：组装、调试注意事项：安装前检测各元件、确保各元件性能良好